В итоге, в IX веке на Руси надо делать выбор из чего-то, входящего в этот список всех используемых сейчас человечеством железных руд:
- магнитный железняк — более 70% Fe в виде магнетита Fe3О4 (пример: как раз описанная нами Курская магнитная аномалия)
- красный железняк— 55-60% Fe в виде гематита Fe2О3 (пример: опять таки Курская магнитная аномалия или Криворожский бассейн)
- бурый железняк (лимонит) — 35-55% Fe в виде смеси гидроксидов трехвалентного железа Fe2O3—3H2O и Fe2O3—H2O (пример: загубленое Украиной Керченское месторождение).
- шпатовый железняк — до 40% Fe в виде карбоната FeCO3 (пример: Бакальское месторождение)
Магнетит и гематит на Русской платформе лежат глубоко, шпатового железняка на ней вообще нет.
Остаётся бурый железняк (лимонит).
Сырьё, мягко говоря, плохое — достаточно посмотреть на концентрации железа в нём, но основная особенность в том, что оно есть на территории тогдашней Руси почти что везде. Кроме того, это "почти что везде" чудесным образом оказывется в непосредственной близости от тогдашнего источника качественного угольного топлива — могучих лесов Русской равнины.
Речь, конечно же, о торфяных болотах и о лимоните, который ещё часто называют болотным железом.
Кроме болотного железа похожий генезис имеют луговое и озёрное железо. Однако, как вы увидите дальше, копать такое железо выгоднее всего было на болоте. Для понимания широты распространённости фактической добычи этого местного ресурса на Руси достаточно, как и в случае с "металлургическими фамилиями" просто открыть любую географическую карту и посмотреть на названия русских, украинских, белорусских или литовских деревень.
И сразу же вам в глаза бросится громадное количество топонимов со словами Гута, Буда, Руда. Вот их значения:
Гута: стеклоплавильный завод
Руда: добыча болотного железа
Буда: добыча поташа из растительной золы.
Вы найдёте такие деревни повсюду - широким поясом в Полесских болотах - от Бреста до Сум. Источников "болотной руды" на Руси было полно. "Болотное железо" образуется вообще практически везде, где происходит переход от кислородосодержащих почв к бескислородному слою (в аккурат на стыке этих двух слоёв). В болотах просто эта граница расположена, в отличии от других типов местности, очень близко к поверхности, поэтому там конкреции железа можно копать буквально лопатой, лишь снимая тонкий слой болотной растительности.
Отправлено спустя 4 минуты 51 секунды:
Вот так непритязательно выглядит болотное железо. Но именно оно спасло Русь.
Сами по себе залежи болотного железа представляют из себя классические россыпи. Россыпи обычно гораздо менее масштабные месторождения, нежели рудные тела, их общий объём редко превышает десятки тысяч тонн (в то время, как рудные месторождения могут содержать миллионы и миллиарды тонн руды), но отработка россыпей обычно гораздо проще выработки рудного тела. Россыпь обычно можно разработать чуть ли не голыми руками и при минимальном дроблении породы, поскольку россыпи залегают обычно в уже разрушенных, осадочных породах. Это вообще повсеместная практика: сначала отрабатываются россыпи — потом уже руды. Причём - по всем металлам, минералам или соединениям.
Однако, нельзя сказать, что отработка россыпей болотного железа была простым занятием. Болотное железо добывалось тремя основными способами. Первый — летом с плотов вычерпывался придонный ил на болотных озерах и на реках, вытекающих из болот. Плот удерживался на одном месте шестом (один человек) и еще один человек черпаком доставал ил со дна. Достоинства данного способа – простота, и малые физические нагрузки на работников. Недостатки – большое количество бесполезного труда, так как мало того что с болотным железом черпалась пустая порода, но кроме того, приходилось ещё и поднимать наверх большие количества воды вместе с илом. Кроме того, черпаком сложно выбирать грунт на большую глубину.
Второй способ. Зимой в местах где протоки промерзали до дна сначала вырубался лед, а затем так же вырубалось донное отложение, содержащее болотное железо. Достоинства данного способа: возможность выбрать большой слой,содержащий болотное железо. Недостатки: физически трудно долбить лед и мерзлую землю. Добыча возможна только на глубину промерзания. Третий способ был наиболее распространён. На берегу у проток или болотных озер собирался сруб, как для колодца, только больших размеров, например, 4 на 4 метра. Затем внутри сруба начинали выкапывать сначала накрывающий слой пустой породы, постепенно заглубляя сруб. Затем так же выбиралась порода, содержащая болотное железо. Накаты бревен добавлялись по мере заглубления сруба.
Постоянно поступающая вода периодически вычерпывалась. Можно, безусловно, было и просто копать без укрепления стен бревнами, но в случае очень вероятного осыпания подмываемого грунта, и засыпания работников в яме – спасти вряд ли кого бы получалось – люди быстро захлебывались и тонули. Достоинства данного способа: возможность выбрать весь слой, содержащий болотное железо, и меньшие трудозатраты, по сравнению со вторым способом. Кроме того, возможно было ещё до начала добычи приблизительно определить качество добываемого сырья ("тамошнии жители судят также о доброте руды по роду дерев, на оной растущих; таким образом отыскиваемую под березником и осинником почитают лучшею, потому, что из оной железо бывает мягче, а в таких местах, где растет ельник, жестче и крепче"). Недостатки: приходится всё время работать в воде.
В общем — древнерусским рудокопам приходилось нелегко.
Сейчас, конечно же, реконструкторы по всему миру делают выезды на природу и даже раскапывают ямки в местах посуше и подоступнее, где можно легко добыть немного болотной руды: Однако, для осознания ситуации на Руси в IX-XII веках надо понимать масштабы того промысла, который был организован нашими предками на столь завалящем ресурсе, как болотные россыпи. Ведь, если сам по себе процесс выкапывания ила на болотах не оставлял за собой никаких следов, прослеживаемых сквозь столетия, то вот последующая обработка болотного железа оставила следы в культурном слое, да ещё и какие!
Ведь для сыродутного процесса, который в то время использовался в древнерусской металлургии и давал сильножелезистый шлак , была нужна очень богатая железом руда. А лимонит, как мы помним — руда бедная. Для получения хорошего концентрата лимонита необходимо было предварительное обогащение добываемых руд — как болотных, так и луговых. Поэтому древнерусские металлурги обязательно обогащали болотные железные руды, идущие в плавку.
Операция обогащения была очень важным технологическим условием для производства железа в сыродутных печах. Позднейшие исследования, путём анализа исторических памятников, выявили следующие приемы обогащения руд:
1) просушка (выветривание, в течении месяца);
2) обжиг;
3) размельчение;
4) промывка;
5) просеивание.
Получение высококонцентрироваиной руды не могло ограничиться только одной или двумя операциями, а требовало планомерной обработки всеми указанными приемами. Археологически известной операцией является обжиг руды. Как понимаете, обжиг тоже требовал качественного топлива (древесного угля) причём тоже в немалых количествах. При археологических разведках у деревни Ласуны на побережье Финского залива в одном из шурфов была обнаружена куча обожженной руды. Для всех операций обогащения руды требуется очень простой инвентарь: для размельчения руды — деревянная колода и ступа, а для просеивания и промывания — деревянное решето (сетка из прутков).
Недостатком обжига болотной руды в кострах и ямах, являлось неполное удаление из нее воды при обжиге больших кусков и большие потери при обжиге маленьких кусков. В современном производстве, конечно же, обогащение происходит гораздо проще — мелко дробленая руда смешивается с таким же молотым коксом и подается в аппарат похожий на большую мясорубку. Шнек подает смесь руды и кокса на решетку с отверстиями не более 8 мм. Выдавливаясь через отверстия такая однородная смесь попадает в факел пламени, при этом кокс сгорает, оплавляя руду, а кроме того из руды выжигается сера, таким образом одновременно происходит и сероочистка сырья.
Ведь в болотном железе, как и в каменном угле, содержаться вредные примеси — сера и фосфор. Можно, конечно, было найти сырье содержащее мало фосфора (ну, относительно мало - в рудном железе его всё же всегда меньше, чем в болотном). Но найти болотное железо содержащее мало и фосфора и серы было практически невозможно. Поэтому, вдобавок к целой индустрии добычи болотного железа возникла и не менее масштабная индустрия его обогащения. Для понимания размаха это действа приведу один пример: при раскопках в Старой Рязани в 16 из 19 жилищ горожан обнаружены следы «домашней» варки железа в горшках в обыкновенной печи.
Западноевропейский путешественник Яков Рейтенфельс, побывав в Московии в 1670 году писал, что «страна московитов — это живой источник хлеба и металла». Вот так, на голом месте, не имея под собой ничего, кроме бедных лесных почв с чахлыми берёзками и торфяных болот, внезапно наши предки обнаружили буквально у себя под ногами «золотую жилу». И пусть это была не жила, а россыпь и не золотая, а железная — ситуация от этого не поменялась. Только ещё формирующаяся страна получила своё место в мире и цивилизационный путь, который приведёт её к пушкам Балаклавы, к танку Т-З4 и к МБР "Тополь-М". Ресурсы. Работа. Производство. Оружие.
Потому что имея ресурсы — ты неизбежно приходишь к оружию. Или — кто-то чужой приходит за твоими ресурсами. На Руси наступил Железный век. Век — а точнее — тысячелетие русского оружия. Тысячелетие, в котором меч будет подниматься — и опускаться снова, после того, как очередной враг будет разбит и выброшен прочь из берёзовых лесов и торфяных болот. И враги не заставили себя ждать. Ведь в Х веке уже набирала силу гонка вооружений Железного Века.
Для того, чтобы понять ситуацию с технологиями плавки железа и ковки железных изделий, сложившуюся на Руси к началу Х века нашей эры — нам надо будет уйти в прошлое ещё на почти полторы тысячи лет и перенестись чуть южнее торфяных болот и берёзовых лесов Древней Руси.
Ведь кроме железной руды и древесного топлива, которые всегда были альфой и бетой металлургии, в ней постоянно незримо присутствовала и вездесущая омега металлургии — огонь. Огонь, процесс горения и эффективная температура процесса плавки поразительно влияли на ход восстановления чистого металла из руды и на конечные свойства получаемого металлургического продукта.
Именно температура процесса, именно эти лишние, "жалкие" по нынешним меркам десятки и сотни градусов "вверх" металлургического процесса и задавали всё различие в технологиях дальнейшего получения этого непокорного металла — железа. Вообще, в эпосах почти всех народов, знакомых с металлургией на архаическом этапе своего развития, холодный металл считается наименее подверженным действию какого-либо магического влияния. Хочешь защититься от магии — используй холодный металл, он защитит. А вот работа с горячим, расплавленным металлом всегда почиталась за безусловно магическое и даже в чём-то божественное искусство.
Отправлено спустя 46 секунды:
Без помощи богов металлург или кузнец работать вообще не мог. Он готовился к работе, как к подвигу. Молитва, абсолютное воздержание от горячительных напитков, ограничения в мясе и в рыбе, отдаление и воздержание от жены, которой вообще было запрещено переступать порог кузницы, многократные омовения — вот не полный перечень правил, которым должен был следовать кузнец. Часто мастер работал в парадной одежде. Над наковальней должны были быть укреплены изображения богов, благословляющих место высокого служения.
В чём основное отличие стали от железа? Да, это всё тот же углерод. Первой достоверно известной технологией получения относительно чистого железа (за исключением ранних опытов с железными метеоритами) является так называемой кричный или сыродутный способ его производства. "Сыродутным" этот процесс называется в силу использования (подачи или "дутья") в горне атмосферного ("сырого") воздуха, а кричным процесс именуют из-за конечного продукта — губчатого железа, сильно насыщенного шлаковыми примесями, которое ещё называется крицей.
Отправлено спустя 49 секунды:
Первые сыродутные печи представляли собой ямы, вырытые на склонах холмов, чтобы можно было иметь естественную тягу. Производство железа всегда было непосредственно связано с подводом достаточного количества воздуха. Позднее, естественная тяга была заменена искусственной — воздух нагнетался в печь с помощью мехов. Сначала, для пуска процесса внутри печи разжигали уголь, насыпанный на дно горна или печи, затем сверху загружали попеременно слои железной руды и того же угля. В результате горения угля выделялся угарный газ — окись углерода (CO), которая, проходя через толщу руды, восстанавливала окислы железа. Сыродутный процесс не обеспечивал достижения температуры плавления железа (1537 °C), а максимально доходил до 1200 °C (это была своего рода «варка» железа). Но, по сравнению с технологиями бронзы, которые требовали всего 950 ºС, железо было гораздо более требовательно и к качеству топлива (угля), и к температуре процесса. Ведь именно хороший, чистый и плотный древесный уголь мог обеспечить как хорошую температуру процесса, так и полное восстановление железа, пережигание всех вредных примесей и правильное остаточное содержание углерода в полученном кричном железе.
Отправлено спустя 1 минуту 54 секунды:
А в итоге печь давала вот такой кусок железа... крицу.
Восстановленное железо концентрировалось в тестообразном виде на самом дне печи, образуя так называемую горновую крицу — железную губчатую массу с включениями несгоревшего древесного угля и с многочисленными примесями шлака (при этом в более совершенных вариантах сыродутных печей жидкий шлак выпускали из горна по отдельному желобу, меньше загрязняя крицу). Из крицы, которую в раскаленном виде извлекали из печи, можно было изготавливать изделия только после предварительного отделения этой шлаковой примеси и устранения её естественной губчатости.
Поэтому непосредственным продолжением сыродутного процесса всегда были холодная и, главное, горячая ковка, состоявшая в периодическом прокаливании кричной массы и ее проковывании. В результате этого многотрудного и длительного процесса создавались крицы-заготовки или кричные болванки, уже более-менее пригодные для изготовления какого-либо готового изделия. При этом, надо сказать, что сыродутный процесс господствовал везде по миру как минимум около 2 500 лет! Если первые сыродутные печи появились во времена позднего Хеттского царства, то первые домны, которые позволили уйти от кричного процесса к получению чугуна в доменных печах — это уже середина XIV века. То есть, дорога от 1200 °C кричного процесса до 1600 °C современной домны была длинной и очень непростой.
Для понимания специфики древнего способа производства приведу один пример: часовая производительность древнего примитивного сыродутного процесса была всего около 0,5—0,6 килограмм железа, более совершенные кричные средневековые печи выдавали уже 50—60 килограмм, а первые домны (пудлинговые печи) уже могли выдать до 140 кг железа в час. Учитывая, что садка печи обычно оставалась более-менее постоянной (от 200 до 500 кг смеси угля и руды — шихты на одну загрузку печи), то можно себе представить, насколько за 2500 лет выросла производительность процесса, связанного с "варкой" железа, пока, наконец-то люди не добрались до истинной плавки металла.Вероятности отрицать не могу, достоверности не вижу. М. Ломоносов
Мобильная версия
